CN102843900B - 一种吸波材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种吸波材料，包括至少一个材料片层，每个所述材料片层包括三层基板，由上而下分别为第一基板、第二基板和第三基板，每层基板包括至少一个基板单元，其表面附着有金属微结构；在第一基板的相同基板单元的上表面附着的金属微结构为大小相同的至少一个空心环形结构，第一基板的基板单元中至少有两个基板单元上附着的空心环形结构的尺寸不同；第二基板的基板单元的上表面附着的金属微结构为开口环形结构开口环两端分别向内旋绕成两个互不相交螺旋结构；在第三基板的基板单元的上表面附着的金属微结构与第二基板的基板单元上附着的金属微结构互补。具有上述结构的吸波材料具有较好的吸波性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型人工电磁材料，更具体地说，涉及一种具有较好吸波性能的吸波材料。
背景技术
随着现代科学技术的发展，电磁波辐射对环境的影响日益增大。在机场，飞机航班因电磁波干扰无法起飞而误点；在医院，移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作。因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料，已成为材料科学的一大课题。
吸波材料是指能够有效吸收入射到它表面的电磁波能量的一类材料，它通过材料的各种不同的损耗机制将入射电磁波转化成热能或者是其它能量形式而达到吸波的目的。吸波材料有结构型和涂覆型，前者主要是尖劈形、泡沫形、平板形等，后者由粘结剂、吸收剂复合而成，吸波的能力主要与吸收剂种类有关。
人工电磁材料，是一种能够对电磁波产生响应的新型人工合成材料，由基板和附着在基板上的人造微结构组成。由于人造微结构通常是由导电材料排布成的具有一定几何图案的结构，因此能够对电磁波产生响应，从而使超材料整体体现出不同于基板的电磁特性，例如介电常数ε和磁导率μ不同，根据折射率公式可知，折射率n也不同。人工电磁材料成为吸波材料研究的新方向。通过设计特殊的人造微结构，可以得到能够宽频吸波的材料，而且改变人造微结构的尺寸和形状，就能改变其吸波频段。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，设计一种吸波材料，该吸波材料是具有较好吸波性能的人工电磁材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种吸波材料，包括至少一个材料片层，每个所述材料片层包括三层基板，所述基板由上而下分别为第一基板、第二基板和第三基板，每层基板包括至少一个基板单元，每个基板单元的上表面附着有金属微结构，还包括位于所述第三基板的下表面的金属片；在所述第一基板的相同基板单元的上表面附着的金属微结构为大小相同的至少一个空心环形结构，第一基板的基板单元中至少有两个基板单元上附着的空心环形结构的尺寸不同；在所述第二基板的基板单元的上表面附着的金属微结构为开口环形结构且开口环的两端分别向内旋绕形成两个螺旋结构，所述螺旋结构互不相交；在所述第三基板的基板单元的上表面附着的金属微结构与所述第二基板的基板单元上附着的金属微结构互补。
在本发明的优选实施方式中，所述第一基板的基板单元的上表面附着有多个空心环形结构，且多个空心环形结构相对于所述基板单元的中心点对称分布；第一基板的各基板单元上附着的金属微结构沿第一基板的一边到相对的另一边尺寸逐渐增大。
在本发明的优选实施方式中，所述第一基板的基板单元的上表面上附着有五个空心环形结构，其中一个空心环形结构的中心与基板单元的中心重合，其余四个空心环形结构均匀分布在位于中心的空心环形结构的四周。
在本发明的优选实施方式中，所述空心环形结构为圆形环。
在本发明的优选实施方式中，所述空心环形结构为多边形环。
在本发明的优选实施方式中，在所述第二基板的相邻的基板单元上的金属微结构的开口环的开口方向相互垂直。
在本发明的优选实施方式中，所述开口环为矩形开口环，所述开口环的两端向内旋绕形成弯折角为直角的螺旋结构。
在本发明的优选实施方式中，所述开口环为圆形开口环，所述开口环的两端向内旋绕呈圆形螺旋结构；或者所述开口环为椭圆形开口环，所述开口环的两端向内旋绕呈椭圆形螺旋结构。
在本发明的优选实施方式中，所述金属微结构由导电材料制成；所述基板为陶瓷材料、FR4(玻璃纤维环氧树脂)、F4B(聚四氟乙烯玻璃布)、树脂基复合材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料或者环氧玻璃布层压板。
在本发明的优选实施方式中，所述金属微结构由银、铜、ITO(Indium Tin Oxide，铟锡氧化物)、石墨或者碳纳米管制成；所述金属微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻附着于所述基板上。
实施本发明，具有以下有益效果：具有上述结构的吸波材料具有较好的吸波特性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是实施例中的吸波材料的前视图；
图2是图1中第一基板的上表面附着金属微结构的示意图；
图3是图1中第二基板的上表面附着金属微结构的示意图；
图4是图1中第三基板的上表面附着金属微结构的示意图；
图5是图1中的吸波材料其S11特性仿真示意图。
具体实施方式
本实施例提供一种吸波材料，如图1所示，包括一个人工电磁材料片层，当然也可以包括多个人工电磁材料片层，当具有多个人工电磁材料片层时，相邻人工电磁材料片层沿垂直于其上下表面的方向可以通过机械连接、焊接或者在相邻的人工电磁材料片层之间填充可连接二者的物质将两者粘合等方式组装成一体。图1中所示的人工电磁材料片层包括三层基板，三层基板自上而下分别为第一基板1、第二基板2和第三基板3，每层基板上附着有金属微结构，相邻基板通过粘结剂粘合为一体，当然也可以通过机械连接或者焊接等方式组装成一体。每层基板被虚拟地划分为至少一个基板单元，每个基板单元的上表面附着有金属微结构，如图1所示分别为4、5和6，在第三基板3的下表面上还附着有铜片7，当然也可以为其他金属片；如图2所示，第一基板1被虚拟地划分为9个基板单元，每个基板单元的上表面附着五个大小相同的空心圆形金属环，当然金属环的数量不限于五个，也可以为其他不同的数量，同时空心环不限于空心圆形环，也可以为空心多边形环。图2中的五个空心圆形金属环，其中一个空心圆形金属环的中心与基板单元的中心重合，其余四个空心圆形金属环均匀分布在位于中心的空心圆形金属环的四周。第一基板1自左向右各基板单元上的空心圆形金属环的半径由小到大逐渐增大。由于相邻金属微结构尺寸的改变使得第一基板上的折射率自左向右逐渐增大，可以实现电磁波的偏转，有利于减少电磁波的反射。
图3所示的第二基板2上包括四个基板单元，每个基板单元上附着一个金属微结构，该微结构为矩形开口环，且矩形开口环的两端向内旋绕形成弯折角为直角的螺旋结构；相邻基板单元上的微结构的开口环的开口方向相互垂直；当然开口环也可以为圆形开口环，开口环的两端向内旋绕呈圆形螺旋结构；开口环也可以为椭圆形开口环，开口环的两端向内旋绕呈椭圆形螺旋结构。
如图4所示的第三基板3上附着的金属微结构形状与第二基板2上附着的金属微结构形状互补，即第二基板2的上表面附着金属微结构的地方在第三基板3的上表面对应的位置上不附着金属微结构、第二基板2的上表面没有附着金属微结构的地方在第三基板3的上表面对应的地方附上金属微结构
金属微结构由铜线制成，当然也可以为其他的导电材料比如银、ITO、石墨或者碳纳米管等。金属微结构通过蚀刻的方式附着在对应的基板上，当然也可以采用电镀、钻刻、光刻、离子刻等方式附着在对应的基板上，
基板的材质选用环氧玻璃布层压板，当然也可以为陶瓷材料、FR-4、F4B、树脂基复合材料、铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料等。
图5为具有上述结构的吸波材料其S11特性仿真示意图，由图5可知，5.6GHz～15.2GHz频段内，S11小于-5dB；由于在第三基板3的下表面附着铜片7，所以S21一般在-100dB一下，由于S11和S21的值在5.6GHz～15.2GHz频段内都比较小，所以该吸波材料在上述频段具有较好的吸波性能。
通过改变介质基板中基板的层数、金属微结构的形状和尺寸可以进一步调整吸波材料的吸波频段，使其满足特定频段对吸波特性的需求。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下还可做出很多变形，比如各基板的基板单元大小可以相同也可以不同，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种吸波材料，其特征在于：包括至少一个材料片层，每个所述材料片层包括三层基板，所述基板由上而下分别为第一基板、第二基板和第三基板，每层基板包括至少一个基板单元，每个基板单元的上表面附着有金属微结构，还包括位于所述第三基板的下表面的金属片；在所述第一基板的相同基板单元的上表面附着的金属微结构为大小相同的至少一个空心环形结构，第一基板的基板单元中至少有两个基板单元上附着的空心环形结构的尺寸不同；在所述第二基板的基板单元的上表面附着的金属微结构为开口环形结构且开口环的两端分别向内旋绕形成两个螺旋结构，所述螺旋结构互不相交；在所述第三基板的基板单元的上表面附着的金属微结构与所述第二基板的基板单元上附着的金属微结构互补；在所述第二基板的相邻的基板单元上的金属微结构的开口环的开口方向相互垂直。
2.根据权利要求1所述的吸波材料，其特征在于，所述第一基板的基板单元的上表面附着有多个空心环形结构，且多个空心环形结构相对于所述基板单元的中心点对称分布；第一基板的各基板单元上附着的金属微结构沿第一基板的一边到相对的另一边尺寸逐渐增大。
3.根据权利要求2所述的吸波材料，其特征在于，所述第一基板的基板单元的上表面上附着有五个空心环形结构，其中一个空心环形结构的中心与基板单元的中心重合，其余四个空心环形结构均匀分布在位于中心的空心环形结构的四周。
4.根据权利要求2所述的吸波材料，其特征在于，所述空心环形结构为圆形环。
5.根据权利要求2所述的吸波材料，其特征在于，所述空心环形结构为多边形环。
6.根据权利要求1所述的吸波材料，其特征在于，所述开口环为矩形开口环，所述开口环的两端向内旋绕形成弯折角为直角的螺旋结构。
7.根据权利要求1所述的吸波材料，其特征在于，所述开口环为圆形开口环，所述开口环的两端向内旋绕呈圆形螺旋结构；或者所述开口环为椭圆形开口环，所述开口环的两端向内旋绕呈椭圆形螺旋结构。
8.根据权利要求1至7任一所述的吸波材料，其特征在于，所述金属微结构由导电材料制成；所述基板为陶瓷材料、FR-4、F4B、树脂基复合材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料或者环氧玻璃布层压板。
9.根据权利要求1至7任一所述的吸波材料，其特征在于，所述金属微结构由银、铜、ITO、石墨或者碳纳米管制成；所述金属微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻附着于所述基板上。
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